高級食品化學(xué)講稿酶

高級食品化學(xué)講稿酶第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶的性質(zhì)、命名及分類

8.1

酶的性質(zhì)、命名及分類

酶對食品的加工保藏，大體可分四種情況：（1）利用食品中所含的酶，如肉的成熟等。（2）抑制食品中所含的酶，如食品的保鮮及防止變色。（3）添加酶以提高食品的價(jià)值，如果汁和葡萄酒中添加果膠酶來澄清。（4）利用酶來制造食品，如由淀粉制葡萄糖。食品與酶第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日由于酶對食品十分重要，因而有必要熟知酶的一般性質(zhì)。

酶是由生物活細(xì)胞產(chǎn)生的有催化功能的蛋白質(zhì)，只要不處于變性狀態(tài)，無論在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外都可發(fā)揮催化化學(xué)反應(yīng)的作用。

酶是蛋白質(zhì)，因而能被蛋白分解酶分解，光、熱、酸、堿等均可使酶變性或破壞，在遭到不可逆變性時(shí)則完全去活性（如70-80℃，2-15min即可使酶失活），其它電性質(zhì)及物理化學(xué)性質(zhì)也與蛋白質(zhì)完全一樣。有些酶是簡單蛋白質(zhì)。酶酶的性質(zhì)、命名及分類8-2第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日有些酶是結(jié)合蛋白質(zhì)，一般把結(jié)合蛋白質(zhì)的蛋白部分稱為酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分稱為輔酶。酶蛋白多為對熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，而輔酶多為低分子量、對熱穩(wěn)定的物質(zhì)。

酶是一種催化劑，但它和一般的化學(xué)催化劑有很大不同，首先，酶的作用具有高度的專一性，酸能催化蛋白質(zhì)水解，也能催化多糖和脂肪的水解，但是酶則不同，蛋白酶就只能催化蛋白質(zhì)水解，淀粉酶只能催化淀粉水解，乳酸脫氫酶只能將L(+)-乳酸氧化為丙酮酸，而對D(-)-乳酸就不起作用。其次，酶催化的反應(yīng)都是在較溫和的條件下，在接近生物體的體溫和接近中性的條件下就能進(jìn)行；酶的催化效率也比一般催化劑高得多，如一種過氧化氫酶1min內(nèi)能催化5000000個(gè)過氧化氫分子分解為水及O2，而在同樣條件下，鐵離子的催化效率僅為酶的百萬分之一。8-3酶酶的性質(zhì)、命名及分類第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶的命名及分類

現(xiàn)在普遍使用的酶的習(xí)慣名稱是以下述三個(gè)原則來決定的。

根據(jù)酶催化反應(yīng)的性質(zhì)來命名，如催化水解反應(yīng)的酶稱為水解酶，催化氧化作用的稱為氧化酶或脫氫酶。

根據(jù)被作用的底物兼顧反應(yīng)的性質(zhì)來命名，如多元酚氧化酶催化多元酚的氧化作用，蛋白酶和淀粉酶都是水解酶，它們的底物分別是蛋白質(zhì)和淀粉。

結(jié)合1，2兩點(diǎn)，并根據(jù)酶的來源命名，如細(xì)菌淀粉酶、胃蛋白酶等。酶酶的命名及分類8-4第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日

酶的習(xí)慣名稱使用起來比較方便，但有時(shí)會(huì)造成一些混亂，如，當(dāng)兩種酶能作用于同一種底物發(fā)生相同反應(yīng)時(shí)，根據(jù)上述原則命名就會(huì)發(fā)生混亂；有時(shí)同一種酶會(huì)有幾個(gè)名稱，也造成混亂。因此，1961年，國際生化協(xié)會(huì)酶委員會(huì)規(guī)定了酶的系統(tǒng)命名原則。國際生化協(xié)會(huì)酶委員會(huì)將酶分為六大類：8-5酶酶的命名及分類第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日氧化還原酶類轉(zhuǎn)移酶類：能催化將某一基因從一個(gè)化合物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)化合物反應(yīng)的酶，如轉(zhuǎn)移氨基，稱轉(zhuǎn)氨酶，再如轉(zhuǎn)醛酶、轉(zhuǎn)酰酶等。水解酶類裂解酶類：脫羧酶，催化C-C-鍵斷裂，產(chǎn)物中有CO2。醛縮酶，催化C-O鍵斷裂，產(chǎn)物中有醛。脫水酶，催化C-O鍵斷裂，產(chǎn)物中有H2O脫氨酶，催化C-N鍵斷裂，產(chǎn)物中有NH3

5.異構(gòu)酶類：改變底物原子的排列，如把醛糖變?yōu)橥?，改變立體異構(gòu)等。

6.連接酶類：具有形成C-O、C-S、C-N或C-C鍵而把兩種底物連接起來的能力。8-6酶酶的命名及分類第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日在每一大類中又可分為若干亞類，各亞類又分為若干次亞類并采用四位數(shù)字編號系統(tǒng)，每種酶都有一個(gè)四位數(shù)字的號碼。如，過氧化氫酶的編號：

其數(shù)字的含義依次為：大類、亞類、次亞類、在次亞類中的編號。系統(tǒng)命名嚴(yán)格而科學(xué)，但名稱太長，使用起來不太方便，所以酶的習(xí)慣名稱仍被廣泛使用。8-7酶酶的命名及分類第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日8.2

酶作用的機(jī)制

酶的作用具有高度的專一性，一種酶僅能催化一種結(jié)構(gòu)的底物，這可用鑰匙和鎖的關(guān)系來加以比喻。

此圖左上為1，右上為2，左下為3，右下為4。

1----底物與酶處于分離狀態(tài)。

2----底物與酶結(jié)合形成絡(luò)合物，結(jié)合部位c和催化基團(tuán)a、b與底物分子緊密接觸。8-8酶酶作用的機(jī)制第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日（

3，4-----底物雖能與酶結(jié)合，但是底物分子的形狀妨礙催化基團(tuán)與它緊密接觸。

酶首先與底物結(jié)合成酶—底物絡(luò)合物，再轉(zhuǎn)變?yōu)槊讣爱a(chǎn)物。酶促反應(yīng)與非酶促反應(yīng)途徑不同：原來一步完成的反應(yīng)被分為兩步來進(jìn)行，原來一步反應(yīng)所需的活化能較高，而分成幾步后，每一反應(yīng)所需的活化能都較低，從而使反應(yīng)易于進(jìn)行，總反應(yīng)速度加快。8-9無機(jī)質(zhì)無機(jī)質(zhì)第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日8.3

影響酶促反應(yīng)的因素、溫度

一般而言，溫度越高化學(xué)反應(yīng)越快，但酶是蛋白質(zhì)，若溫度過高會(huì)發(fā)生變性而失去活性，因而酶促反應(yīng)一般是隨著溫度升高反應(yīng)加快，直至某一溫度活性達(dá)到最大，超過這一最適溫度，由于酶的變性，反應(yīng)速度會(huì)迅速降低。

大多數(shù)酶，在30-40℃范圍內(nèi)顯示最高活性。

熱對酶活性的影響對食品很重要，如，綠茶是通過把新鮮茶葉熱蒸處理而得，經(jīng)過熱處理，使酚酶、脂氧化酶、抗壞血酸氧化酶等失活，以阻止兒茶酚的氧化來保持綠色。紅茶的情況正相反，是利用這些酶進(jìn)行發(fā)酵來制備的。8-10酶影響酶促反應(yīng)的因素第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日、PH值

酶是蛋白質(zhì)，在極端的酸性或堿性條件下會(huì)變性而完全失去活性，大多數(shù)酶的最適PH值為范圍內(nèi)。、水分活度

水能影響食品中酶反應(yīng)的速度，通?？捎媒档褪称分兴趾康姆椒▉碜铚傅茸饔靡鸬淖冑|(zhì)。8-11酶影響酶促反應(yīng)的因素第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日、酶濃度

對大多數(shù)酶促反應(yīng)來說，在適宜的溫度、PH值和底物濃度一定的條件下，反應(yīng)速度至少在初始階段與酶的濃度成正比。如果反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，則速度將降低，這主要是因?yàn)榈孜餄舛认陆导敖K產(chǎn)物對酶的抑制之故。8-12酶影響酶促反應(yīng)的因素第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日、底物濃度

酶催化反應(yīng)可用下式表示：E+S=ESà

E+P

式中E、S、ES、P分別代表酶、底物、酶—底物絡(luò)合物和產(chǎn)物，可推出下列公式（米氏方程）：V=Vmax[S]/（Km+[S]）式中：V—測定的反應(yīng)初速度

Vmax—最大反應(yīng)速度

公式用圖表示，則如圖（1）所示，由公式及圖可得出下列結(jié)論：8-13酶影響酶促反應(yīng)的因素第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r(shí)，酶反應(yīng)的速度趨于一個(gè)極限值，即Vmax。當(dāng)V=1/2Vmax時(shí)，則1/2=[S]/（Km+[S]），或Km=[S]，即米氏常數(shù)相當(dāng)于反應(yīng)速度為最大速度一半時(shí)的底物濃度。Km是酶和底物親和力的度量，Km值小表示底物對酶的親和力大，酶催化反應(yīng)的速度也大。

Km是酶學(xué)中的一個(gè)重要常數(shù)，它的倒數(shù)1/Km叫做”親和力常數(shù)”。8-14酶影響酶促反應(yīng)的因素第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日、抑制劑

有些物質(zhì)能使酶活性中心的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致酶活力下降或喪失，這種現(xiàn)象稱為酶的抑制，引起酶抑制的物質(zhì)叫抑制劑。8-15酶抑制劑第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日

(1).競爭性抑制劑

某些物質(zhì)與底物的結(jié)構(gòu)很相似，它們會(huì)與酶活性部位結(jié)合，造成與基質(zhì)競爭而起到抑制酶反應(yīng)的作用。如丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制。當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r(shí)，可以減少競爭性抑制劑對酶的抑制作用。因反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)往往類似于底物，所以它是常見的競爭性抑制劑。(2).非競爭性抑制劑

某些物質(zhì)并不與酶的活性部位結(jié)合，而是結(jié)合于其它部位，從而引起某些變化，造成抑制。增加底物并不能消除抑制劑的影響，重金屬、螯合劑、氧化劑、氰化物及能與—SH作用的物質(zhì)都屬于非競爭性抑制劑。

酶抑制劑的種類很多，但由于毒性、對食品風(fēng)味的影響以及價(jià)格等問題，使得抑制劑在食品工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用寥寥無幾。8-16酶抑制劑第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日、激活劑

與抑制相反，把掩蔽酶活性部位的抑制劑以化學(xué)法除去，若能使酶還原到原來的性能，則酶被活化。此外還可在酶的其它部分結(jié)合活化劑，使酶的立體結(jié)構(gòu)變化而活化。8-17酶激活劑第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶活力的測定8.4

酶活力的測定

酶不易制成純品，其中含有很多雜質(zhì)，真正的含酶量并不多。所以酶制劑中酶的含量都用酶活力來表示。8-18酶第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶活力測定酶活力就是酶催化一定反應(yīng)的能力，也可說是酶催化反應(yīng)的速度。酶催化反應(yīng)的速度可通過測定單位時(shí)間內(nèi)底物能變成產(chǎn)物的數(shù)量而得，酶單位都是以酶活力為根據(jù)而定義的。國際生化協(xié)會(huì)酶委員規(guī)定，1分鐘內(nèi)將1微摩爾的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的酶量定為1個(gè)單位，稱為標(biāo)準(zhǔn)單位。并規(guī)定了酶作用的條件，因標(biāo)準(zhǔn)單位在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不夠方便，故生產(chǎn)上往往根據(jù)不同的酶制定各自的酶活力單位，例如蛋白酶以1分鐘內(nèi)能水解酪蛋白產(chǎn)生1微克酪氨酸的酶量為1個(gè)蛋白酶單位；液化型淀粉酶以1小時(shí)內(nèi)能液化1克淀粉的酶量為1個(gè)單位，等等。在測定酶活力時(shí)，對反應(yīng)溫度、PH值、底物濃度、作用時(shí)間都有統(tǒng)一規(guī)定，以便同類產(chǎn)品互相比較。

酶單位并不直接反映出酶的絕對數(shù)量，它只不過是一種相對比較的依據(jù)。8-19酶第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日8.5

食品加工中重要的酶

食品工業(yè)中重要的酶主要是水解酶及氧化還原酶。8-20酶食品加工中的酶第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日、水解酶

(1).α-淀粉酶

也稱液化型淀粉酶，能使淀粉不規(guī)則地水解。它存在于動(dòng)物的唾液、胰臟及植物的麥芽中。此外，霉菌和細(xì)菌也產(chǎn)生此酶。鈣對其有活化作用，其最適PH為5-7，最適溫度約40℃，一些細(xì)菌淀粉酶則達(dá)70℃。此酶在啤酒制造及面包品質(zhì)改良上很重要，終產(chǎn)物為麥芽糖、葡萄糖和異麥芽糖。8-21酶食品加工中的酶第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日()

-淀粉酶

能將淀粉從非還原端起，每次水解下一個(gè)麥芽糖單位。在各種植物組織中均可見，尤以大麥芽中為多，其熱穩(wěn)定性低于α-淀粉酶。

(3).葡萄糖淀粉酶

從淀粉的非還原端起，每次水解下一個(gè)葡萄糖單位，終產(chǎn)物為葡萄糖和糊精，用于制糖等。最適PH=4-5，最適溫度50-60℃。

淀粉酶對天然存在的完整淀粉粒作用較困難，應(yīng)將淀粉粒糊化，破壞其結(jié)構(gòu)后，對淀粉酶的作用才比較敏感。8-22酶食品加工中的酶第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日(4).果膠酯酶

能把果膠酯酸分解為果膠酸和甲醇，它存在于霉菌、細(xì)菌和植物中，以柑桔類水果和蕃茄中含量為多。

(5).果膠酶

能把多聚半乳糖醛酸（果膠酸）的α-1，4-苷鍵水解。許多微生物及成熟水果中均有存在。此酶與水果、蔬菜的軟化有關(guān)，它對果汁和果酒有澄清作用。8-23酶食品加工中的酶第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日食品加工中的酶(6).脂肪酶

能把油脂（甘油三酸脂）水解為甘油和脂肪酸的酶。最適PH值為5.0—8.6。許多含脂食品如牛奶、奶油等的變質(zhì)常常是由于其中所含脂肪酶的作用使游離脂肪酸增加所致。

(7).轉(zhuǎn)化酶

能把蔗糖水解為α-D-葡萄糖和β-D-果糖，其產(chǎn)物稱轉(zhuǎn)化糖，最適PH為。轉(zhuǎn)化糖比蔗糖難結(jié)晶，常用于糖漿、人工蜂蜜等制造業(yè)。8-24酶第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日(8).蛋白酶

能把蛋白質(zhì)的肽鏈切斷。木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等植物蛋白酶可用于肉的軟化和防止啤酒混濁等，霉菌蛋白酶用于面包工業(yè)以改良面筋性質(zhì)。

不同蛋白酶切斷的肽鍵部分不相同，如胃蛋白酶切斷芳香族氨基酸，胰蛋白酶切斷堿性氨基酸等。牛乳的酪蛋白若用胰蛋白酶分解則產(chǎn)生強(qiáng)烈苦味，這是因生成物為胰島素和苯丙氨酸之故，若用羧肽酶分解，則無苦味。奶酪的品種多，味微苦，就與不同的酶解產(chǎn)物有關(guān)。8-25酶食品加工中的酶第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日、氧化還原酶

(1).葡萄糖氧化酶

使葡萄糖和O2作用生成葡萄糖酸，由霉菌產(chǎn)生，用于除去蛋白中的微量葡萄糖和果汁等中的溶解O2。

(2).兒茶酚氧化酶

使酚類與O2作用，是水果，蔬菜等褐變的主要原因。廣泛分布于植物界。8-26酶食品加工中的酶第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日

(3).抗壞血酸氧化酶

能把抗壞血酸分解為脫氧抗壞血酸。廣泛存在于植物中。

(4).脂氧化酶

能使亞油酸等不飽和脂肪酸和O2作用生成不飽和脂肪酸的過氧化物，最適PH約為6.3，與油脂的氧化酸敗和胡蘿卜素的破壞有關(guān)。8-27酶食品加工中的酶第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日食品加工中的酶(5)、維生素C又稱抗壞血酸，Vc為己糖的衍生物，共有四種異構(gòu)體，有還原型和氧化型兩種，一般說的Vc是指L-抗壞血酸。8-28酶第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日L-抗壞血酸的生物效價(jià)最高，而其異構(gòu)體中僅D-異抗壞血酸有1/20的L-型抗壞血酸效價(jià)，其余兩種均無活性。Vc中烯二醇的結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，很易氧化為二酮結(jié)構(gòu)，這就形成了Vc的極強(qiáng)的還原性。食品工業(yè)中利用抗壞血酸的還原性將其用作抗氧化劑。由于D-異抗壞血酸的成本低于L-抗壞血酸，因此多采用D-異抗壞血酸，Vc廣泛存在于水果及蔬菜中，人缺乏Vc的癥狀是牙齦部出血，牙齒松脫，同時(shí)皮下出血，形成瘀斑?；颊呔氲?，特別易感染疾病。8-29酶食品加工中的酶第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日食品的褐變

8.6食品的褐變食品在加工、貯藏過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生變色現(xiàn)象，褐變就是一種最普遍的變色現(xiàn)象，在一些食品中，適當(dāng)程度的褐變是有益的，如面包、糕點(diǎn)、咖啡等食品在焙烤過程中生成的焦黃色和由此而引起的香氣等；而在另一些食品中，特別是水果和蔬菜，褐變是有害的，它不僅影響外觀，還影響風(fēng)味，并降低營養(yǎng)價(jià)值，而且往往是食品腐敗、不堪食用的標(biāo)志。褐變按其發(fā)生機(jī)制可分為酶促褐變和非酶褐變兩大類。食品的褐變10-1第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日酶引起的褐變多發(fā)生在較淺色的水果和蔬菜中，例如蘋果、香蕉和土豆等，當(dāng)它們的組織被碰傷、切開、削皮，就很易發(fā)生褐變，這是因?yàn)樗鼈兊慕M織暴露在空氣中，在多酚酶的催化下，多酚類物質(zhì)被氧化為鄰醌，鄰醌再進(jìn)一步氧化聚合而形成褐色色素（或黑色素、類黑精）。酶促褐變10-2食品的褐變第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日10-3酶促褐變食品的褐變第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日食品發(fā)生酶促褐變，必須具備三個(gè)條件：即有多酚類、多酚氧化酶和O2。有些瓜果，如檸檬、桔子及西瓜等由于不含多酚氧化酶，故不會(huì)發(fā)生酶促褐變。只要消除這三個(gè)條件中的任何